课件：第五章-气相色谱相关技术

第五章气相色谱相关技术2021/7/29第一节程序升温色谱法一、程序升温的特点二、程序升温的方式三、应用示例及设计思路解析2021/7/29一、程序升温的特点程序升温色谱法（PTGC）在气相色谱中是一种重要的色谱技术。它在样品分析前审计好柱温的温度变化程序，样品进样后，色谱柱的温度按照预先设定的加热程序，随时间线性或非线性增加，使样品中待测组分在其最佳柱温（保留温度）下流出色谱柱。2021/7/29组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温可获得良好的分离效果。2021/7/29优点：可使低沸点组分和高沸点组分同时得到有效分离；改善了色谱峰的峰形，提高了检测的灵敏度；缩短了分析时间；较快地除去柱中的杂质，便于下一个样品的分析。2021/7/29一、程序升温的方式（一）线性程序升温T0T(0C)t(min)图5-2线性升温示意图0CTTrtT0——起始温度(C)r——升温速率(C/min)t——升温时间(min)2021/7/29（二）非线性程序升温1.线性升温—恒温T0T(0C)t(min)T1(t1)图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于低沸点组分之间的容量因子相差较大，而高沸点组分之间的容量因子相差较小的样品。2021/7/292.恒温—线性升温T0T(0C)t(min)T0(t0)T1图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于低沸点组分之间的容量因子相差较小，而高沸点组分之间的容量因子相差较大的样品。2021/7/293.恒温—线性升温—恒温T0T(0C)t(min)T0(t0)T1(t1)图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于低沸点组分与高沸点组分容量因子相差很大，而低沸点组分之间的容量因子相差较小，而高沸点组分之间的容量因子相差较小的样品。2021/7/294.多阶程序升温T0T(0C)t(min)T0(t0)T1(t1)r1r2T2(t2)图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于组分很多且沸点范围很宽的样品。2021/7/29（三）保留温度在程序升温中，当某一样品组分在色谱柱后出现浓度极大值的柱温——保留柱温，TR表示。一阶保留柱温的计算：00()RRTTttr二阶保留柱温的计算：011012()RRTTtrtttrTR是程序升温的基本参数，可用于定性分析。升温速率、载气流速、柱长和起始温度等对TR影响很小。2021/7/29三、应用示例及设计思路解析（一）药物复方制剂的分析例5-1复方丁香吸入剂的程序升温填充柱GC分析处方主成分丁香400g丁香酚冰片170g龙脑、异龙脑（一对异构体）薄荷脑170g薄荷醇细辛200g吴茱萸100g2021/7/29OCH2CH3OH丁香酚CH3OHCH3H3C薄荷醇OHH3CCH3CH3CH3龙脑H3CCH3CH3CH3OH异龙脑2021/7/291.仪器及色谱条件仪器：日本岛津ShimadzuGC-14A，FID色谱条件:载气：N2，45mL/min色谱柱：10%PEG-20M,80~100目，2m4mm（I.D.）气化室温度：240C检测器温度：240C柱温：程序升温起始温度：140C，6min升温速率：3C/min最终温度：175C，10min2021/7/292.供试品溶液配制3.分离结果见Page78图5-44.气相色谱条件的设计思路（1）检测器的选择因四种成分在复方制剂中含量较高，均为挥发油类成分——FID2021/7/29（2）固定液的选择因四种主要成分为含羟基的中等极性化合物，在强极性或中等极性固定液上具有较大的保留因子，有利于它们与样品中干扰组分的分离，也有利于彼此分离，同时可获得对称的色谱峰。第一，选择极性固定液2021/7/29第二，选择强极性还是中等极性固定液根据分子量的大小确定选择强极性还是中等极性固定液。若待测物分子量较大——中等极性固定液，因为强极性固定液会导致分子量大的化合物保留时间过长，浪费时间。若待测物分子量较小——强极性固定液2021/7/29（3）内标物的选择FID为气相色谱检测器，其内标物通常选择选择正构烷烃或正构醇。四种含羟基化合物——正构醇为内标物丁香酚在聚乙二醇上的的保留时间大于薄荷醇、龙脑和异龙脑。而内标物介于丁香酚和另外三种化合物之间，再根据三种化合物的碳原子数，确定选择正十一醇做内标物。2021/7/29（4）程序升温的选择薄荷醇、龙脑和异龙脑均为一个饱和六元环合一个醇羟基的单萜类化合物，色谱保留强弱相似，需在恒定的比较低的柱温下才能实现分离。丁香酚在聚乙二醇上的的保留时间大于薄荷醇、龙脑和异龙脑，较低的柱温会使丁香酚的容量因子太大太大，导致保留时间过长，峰形展宽，因此应在较高的柱温下使丁香酚较快出峰。2021/7/29（4）程序升温方式的选择采用恒温—线性升温—恒温方式。T(0C)t(min)140617530C/min102021/7/29（5）有关问题讨论填充柱在程序升温过程中会发生基线漂移，而且随升温速率的加快，基线漂移越严重。T(0C)t(min)140617530C/min10可缓解基线漂移维持10min使丁香酚出峰维持在一个基线比较平稳水平，提高测定准确度和精密度。毛细管柱气相色谱在程序升温过程中发生基线漂移现象并不严重。2021/7/29（二）体内药物分析例5-2程序升温毛细管GC法测定人血浆中硝酸异山梨酯的浓度硝酸异山梨酯为血管扩张药。主要用于心绞痛的预防。其气雾剂给药后最高血药浓度10ng/mL以下。OOHO2NOONO2HHH硝酸异山梨酯2021/7/291.仪器及色谱条件仪器：日本岛津ShimadzuGC-14B，63Ni-ECD色谱条件:载气：N2，1.25mL/min色谱柱：石英毛细管柱OV-01（25m0.25mmI.D.，0.22m）进样口温度：200C检测器温度：250C柱温：程序升温起始温度：150C，9min升温速率：40C/min最终温度：200C，7min分流比：1﹕80尾吹：20mL/min2021/7/292.血浆样品的提取与测定精密量取血浆样品1.0mL内标物40L涡旋处理10s乙酸乙酯5mL涡旋提取3min离心(3500r/min)10min取有机相4.5mL残渣加乙酸乙酯50LN2吹干取2L进样分析2021/7/293.分离结果见Page81图5-74.气相色谱条件的设计思路（1）检测器的选择考虑1：气雾剂给药后最高血药浓度10ng/mL以下，要求检测方法定量限至少应达到0.1ng/mL——痕量分析2021/7/29考虑2：硝酸异山梨酯结构中含有两个枪的亲电性基团——硝酸酯基，捕获电子能力很强。基于1和2，选择ECD作为检测硝酸异山梨酯的检测器。2021/7/29（2）色谱柱类型的选择考虑1：灵敏度要高——血浆中硝酸异山梨酯GC测定属于痕量分析。因为毛细管柱效高于填充柱，出峰尖锐，灵敏度高。考虑2：选择性要高——血浆样品复杂，干扰组分多。因为毛细管分离效果高于填充柱。基于1和2，选择毛细管柱作为检测硝酸异山梨酯的色谱柱。2021/7/29（3）内标物的选择考虑1：样品处理过程比较复杂，每一步都可能导致样品损失，因此需要用内标物一开始加入到样品中校正每步处理过程中引起的误差。考虑2：GC进样误差大，进行定量分析需要加内标物校正进样误差。基于1和2，硝酸异山梨酯的GC法测定选择内标法。2021/7/29OOHO2NOONO2HHH硝酸异山梨酯O2NNO2Cl3,5-二硝基氯苯硝酸异山梨酯和3,5-二硝基氯苯结构中军含有两个硝基，同时它们的脂溶性、挥发性和在OV-01固定液的色谱保留相似——选择3,5-二硝基氯苯为内标物。2021/7/29（4）程序升温的选择T(0C)t(min)400C/min15020097硝酸异山梨酯和3,5-二硝基氯苯的保留温度均为150C，保留时间分别为6.32和7.33min。后续升温与样品中待测无的分离无关。其目的是洗脱出色谱柱中由本次进样带入色谱保留大于硝酸异山梨酯和3,5-二硝基氯苯的物质，以便为下一次进行分析做准备——样品复杂性决定进行该步操作的必要性。2021/7/29（5）程序升温方式的选择采用恒温—线性升温—恒温方式。T(0C)t(min)400C/min150200972021/7/29（6）有关问题讨论GC分析中通常气化室温度和检测器温度设在同一个温度水平。本例例外的原因：硝酸异山梨酯在高温下不稳定，进样口温度若设定200C则被破坏较多，导致灵敏度下降。进样口温度若设定200C以下则气化不完全，也导致灵敏度下降。实验证明250C检测器对硝酸异山梨酯相应最大。——综合考虑选定实验条件中设定的温度。第五章气相色谱相关技术2021/7/29第二节顶空气相色谱法一、顶空气相色谱法的特点和分类二、顶空气相色谱法的原理三、静态顶空分析四、动态顶空分析第五章气相色谱相关技术2021/7/29第二节顶空气相色谱法五、顶空—固相微萃取技术六、顶空气相色谱分析系统条件优化七、顶空气相色谱法在药物分析中的应用2021/7/29顶空气相色谱分析（GC-HS）是一个在密闭的热力学平衡的系统中，对液体或固体顶部蒸汽相中的有机挥发性成分进行气相色谱分析的一种测定方法。顶空进样技术——是一种特殊的样品采集技术，主要用于复杂基质中痕量挥发性成分的分析，如化学药物溶剂残留分析、重要制剂溶剂残留分析、工业废水中挥发性有机物分析、药酒或食用酒中挥发性有机物分析等。2021/7/29特点只取气相部分进行分析，大大减小了样品基质对分析的影响。采用气体进样，分析速度快，灵敏度高。分析过程中无需有机溶剂提取，操作简便。有多种模式，适用于分析各种样品。2021/7/29分类静态顶空分析——适用于分析挥发性成分含量较大的样品；动态顶空分析火吹扫捕集——适用于分析复杂基质中挥发性较强的组分。也适合分析难挥发或浓度较低的组分；顶空-固相微萃取——适用范围广。实现样品在线浓集和捕集，最大程度上避免离线溶剂提取和浓缩烦琐。2021/7/29二、顶空气相色谱法的原理在一定条件下气相和凝聚相（液相和固相）之间存在着分配平衡。所以,气相的组成能反映凝聚相的组成。气相（顶空）样品相挥发性组分2021/7/29在顶空气相色谱分析时当顶空瓶中样品上面的蒸气压相当低时，峰面积（Ai）的大小与样品上面的挥发性组分（i）的蒸气压（Pi）成正比关系：iiiACPCi——常数，与物质和检测器有关2021/7/29对热力学平衡的理想混合体系，由Raoult定律：0iiiPPXPi0——纯组分的蒸汽压Xi——组分（i）的摩尔分数对真实体系而言：0iiiiPPXγi——组分（i）的活度系数，不仅取决于i组分和其他组分的性质，也取决于所有组分的摩尔系数，同时与为温度和压力有关。2021/7/29三、静态顶空分析静态顶空分析是指将被测样品放入密闭恒温的体系中，待气-液或气-固两相达到平衡时，抽取其与被测组分共存的蒸汽相作为样品进行气相色谱分析。静态顶空气相色谱分析示意图1:恒温液出口；2:注射器入口；3:恒温器；4:放置样品口；5:恒温液入口；6:样品（一）原理2021/7/29进样模式（1）直接进样模式（取样针定量取气相部分进样)特点：适用性广，易于清洗，但定量分析误差大（2）平衡加压采样模式（对顶空瓶施加一定压力将顶空气体直接压入载气流中，依靠时间程序控制分析过程）特点：系统死体积小，重现性好，进样误差大（3）加压定容采样进样模式（将顶空气压入流通阀的定量环，在进入色谱柱）特点：重现性好，适合于定量分析，但管路和注射器温度较高。2021/7/29（二）影响静态顶空气相色谱分析的因素1.样品性质顶空气体中个组分的含量既与样品本身的挥发性有关，有与样品基质有关。特别是在基质中分配系数大的组分，“基质效应”更为明显。减少“基质效应”的方法盐析作用——提高挥发性组分有机溶液中加水固体样品粉碎2021/7/292.分配系数和平衡温度平衡温度与蒸汽压直接相关，影响分配系数。平衡温度↑，蒸汽压↑，顶空气体浓度↑，灵敏度↑待测组分的沸点越低，对温度越敏